[논문 리뷰] Cosmological Constraints on B-L Violation

Sacha Davidson|ArXiv.org|1998. 08. 26.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 초기 우주에서 B-L 위반에 대한 천체물리적 제약를 검토하며, 전기약한 전이 이전에 쿼ark 비대칭이 존재했다면 B+L 위반 과정이 이를 지우게 되는데, 이는 적어도 하나의 B/3 - L_i 상호작용이 강하게 억제되어야만 가능하다는 것을 보여준다. 이 주장은 비표준 우주론, 비대칭의 늦은 생성, 또는 풍미 의존성 질량 효과를 통해 피할 수 있다.

ABSTRACT

This is a review of the cosmological bounds on $B-L$ violating interactions, and the loopholes in the argument that gives these constraints. If one assumes that the baryon asymmetry we observe today was present above the electroweak phase transition in equilibrium with the non-perturbative $B+L$ violating processes, then interactions that violate all three of ${B/3 - L_i}$ cannot simultaneously be in equilibrium. Otherwise the baryon asymmetry would be washed out. Therefore violation of at least one of the $B/3 - L_i$ must be small. This argument can be evaded by not having the observed baryon asymmetry present in the thermal bath (for instance, make it at the electroweak phase transition), by using a non-standard cosmological model, or possibly by some mass effects in models where the difference between lepton flavour asymmetries is conserved.

연구 동기 및 목표

• 초기 우주에서 B-L 위반 상호작용에 대한 천체물리적 제약를 검토하는 것.
• 관측된 쿼ark 비대칭이 전기약한 스케일의 B+L 위반 과정을 견뎌내는 조건를 분석하는 것.
• B+L 위반이 쿼ark 비대칭을 지운다는 표준 논증의 구멍을 규명하는 것.
• 비표준 우주론 모델이나 풍미 의존성 질량 효과가 어떻게 비대칭 지워짐 제약를 피할 수 있는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 전기약한 전이 이전의 열적 플라즈마에서 B+L 위반 과정의 평형 역학을 분석한다.
• 관측된 쿼ark 비대칭이 비추상적 스필레온 과정에 의해 지워지지 않아야 한다는 조건을 적용한다.
• 비대칭의 지워짐을 방지하기 위해 개별 B/3 - L_i 상호작용의 강도에 대한 제약를 유도한다.
• 비대칭이 전기약한 전이 시점에 생성된 것이며, 사전 존재하지 않는 경우와 같은 대안적 시나리오를 고려한다.
• 비표준 우주론 모델이 지워짐 메커니즘에 미치는 영향을 평가한다.
• 레프톤의 풍미 비대칭과 질량 효과가 B+L 위반에도 불구하고 비대칭을 유지하는 데 기여하는 역할을 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열적 평형 상태에서 B+L 위반이 발생하는 조건에서 관측된 쿼ark 비대칭이 어떻게 유지될 수 있는가?
• RQ2 사전 존재하는 비대칭을 가정할 경우 B-L 위반에 대한 제약는 어떻게 달라지는가?
• RQ3 어떤 천체물리적 또는 모델 특화된 구멍이 비대칭 지워짐을 방지할 수 있는가?
• RQ4 레프톤 부문에서의 풍미 의존성 질량 효과가 B+L 위반에도 불구하고 비대칭을 유지하는 데 기여할 수 있는가?
• RQ5 비표준 우주론 모델은 B-L 위반에 대한 표준 지워짐 기준을 어떻게 변화시킬 수 있는가?

주요 결과

• 만약 쿼ark 비대칭이 전기약한 전이 이전의 열적 평형 상태에 있었다면, B+L 위반 과정이 이를 지워지 않으려면 적어도 하나의 B/3 - L_i 상호작용이 강하게 억제되어야 한다.
• 표준 지워짐 논증은 쿼ark 비대칭이 B+L 위반 과정과 열적 평형에 있지 않은 경우, 즉 전기약한 전이 시점에 생성된 경우에 실패한다.
• 비표준 우주론 모델은 팽창률이나 입자 생성 역사가 변화함으로써 표준 지워짐 제약를 피할 수 있다.
• 레프톤의 풍미 비대칭의 차이가 보존되는 모델에서의 질량 효과는 B+L 위반에도 불구하고 일부 비대칭을 유지하는 데 기여할 수 있다.
• 논문은 B/3 - L_i 상호작용이 지워짐을 방지하기 위해 충분히 약해야 하며, 이는 그들의 결합 강도에 대한 제약를 부여한다.
• 분석 결과, 관측된 쿼ark 비대칭은 적어도 하나의 B/3 - L_i 상호작용의 억제에 하한값을 부여함을 보여준다.